Ученые выяснили, когда во Вселенной закончились темные века

Международная группа ученых из США и Китая выяснили, что когда возраст Вселенной составлял 800 миллионов лет, в ней формировались небольшие галактики с активным звездообразованием. Начало этого процесса совпало с окончанием темных веков — периода, когда в космосе отсутствовали яркие источники света, а все пространство было заполнено нейтральным водородом и гелием.

Согласно современным научным представлениям, спустя 300-1000 миллионов лет после Большого взрыва во Вселенной стали образовываться первые галактики. Их излучение способствовало ионизации межгалактического газа, в результате чего темные века сменились эпохой реионизации.

Для обнаружения этих реликтовых звездных систем ученые определили положение так называемого предела Лаймана в спектре испускаемого далекими галактиками излучения. Предел Лаймана - это минимально возможная длина волны фотона, излучаемого возбужденным водородом. Поскольку древние звезды состоят преимущественно из водорода, они испускают только ультрафиолет с длинами волн выше этого предела.

Чем дальше галактика находится от Земли, тем быстрее она удаляется от нас и тем сильнее предел Лаймана из-за эффекта Доплера смещается в красную (длинноволновую) сторону. По красному смещению можно определить расстояние до звездной системы. Хотя ультрафиолет поглощается атмосферой Земли, достаточно «покрасневшее» излучение достигает поверхности и может регистрироваться наземными обсерваториями. Астрономы по пределу Лаймана смогли обнаружить сотни галактик, для которых красное смещение (z) превышает 6. Эти объекты существовали, когда Вселенной было меньше миллиарда лет.

Чтобы определить самые древние из этих галактик, исследователи обратили внимание на яркость объектов. Излучаемый ими ультрафиолет легко рассеивается окружающим их нейтральным газом. В результате источник света кажется «затуманенным». Поскольку в самом начале эпохи реионизации нейтрального водорода было много, галактики этого времени выглядят более размытыми, чем те, что образовались позже.

Астрономы, используя этот подход, нашли 23 звездные системы, которые являются наиболее вероятными кандидатами на самые первые галактики, возникшие после окончания темных веков. Их красное смещение достигало семи, что соответствует возрасту Вселенной 800 миллионов лет (примерно 13 миллиардов лет назад).